5.3 Belastningsergonomiska risker i monteringsstationen
6.2.1 Beskrivning av kvarvarande koncept inför konceptval
Koncept D+E använder sig av den befintliga hissen för förflyttning av F1 och F2 till skruvstationen. Förflyttning från skruvstationen görs genom att skruvstationen vrids manuellt till bordet för provning. Skruvstationen har en roterande axel som kan rotera 135°
i vertikalplanet. Rotation av axeln sker manuellt. Pumparna fixeras genom att klämmas eller nypas fast. För montering av F3 finns en integrerad skiva anpassad efter dess anslutningstopp. Skivan ger stabilitet under F3-pumpens första monteringsmoment.
Momentdragning görs framifrån. En vy över konceptet kan ses i Figur 6.1. Koncepten D och E kombinerades genom att den integrerade skivan för F3 från koncept E tillämpades på koncept D. Koncept D fick ett negativt betyg för ”få förbestämda lägen” vid rotation då den hade dubbelt antal lägen jämfört med referensen. I och med kombinationen erhöll det nya konceptet D+E samma antal förbestämda lägen som referensen.
Figur 6.1 Koncept D + E Koncept H
Koncept H består av en förlängd transportbana för förflyttning till och från skruvstationen, med bord för provning placerat intill. Skruvstationen är en del av transportbanan och har en roterande axel där pumparna fixeras genom att klämmas eller nypas fast. Skruvstationens monteringsyta kan roteras 135° i vertikalplanet för att möjliggöra momentdragning framifrån.
Rotation manuvreras genom knapptryckning och sker automatiskt med förbestämda lägen.
Pumparna transporteras på skivor som är anpassade för samtliga pumpar. Pumparna tippas manuellt från transportbanan till bordet för provning. Materialstället är placerat bakom skruvstationen. En vy över konceptet kan ses i Figur 6.2.
Figur 6.2 Koncept H Koncept I
Koncept I består av en ny hiss för förflyttning till och från skruvstationen och en förlängd bana för förflyttning av F1 och F2 till hissen. Skruvstationen har en roterande axel där F1 och F2 monteras på ovansidan och F3 på undersidan. Skruvstationens monteringsyta roteras 180° i vertikalplanet då F3 skall monteras. Rotation av skruvstationens monteringsyta sker manuellt. Pumparna fixeras genom att klämmas eller nypas fast. Momentdragning görs framifrån. En vy över konceptet kan ses i Figur 6.3.
Figur 6.3 Koncept I
6.3 Konceptval
Konceptvalsprocessen inleddes med att urvalskriterierna, från konceptsållningen, tilldelades en procentuell viktfaktor från viktningsmatrisen. Koncept D+E, koncept H och koncept I utvärderades utifrån hur väl koncepten uppfyllde urvalskriterierna. Baserat på konceptvalsmatrisen erhöll koncept H högst poäng. Färdigställd konceptvalsmatris kan ses i Figur 6.4.
Figur 6.4 Konceptvalsmatris
Egenskaperna hos koncept H har värderats högre överlag än egenskaperna hos koncept D+E och koncept I. Urvalskriterier som viktats högt var säkerhet, minimalt antal belastningsergonomiska risker, rotation av pump sker med hjälp av tekniska hjälpmedel och förflyttning sker med liten manuell hantering. Samtliga av nämnda urvalskriterier hade en viktfaktor på 10% eller högre, vilket innebar att de hade en stor inverkan på resultatet.
Koncept H fick en högre poäng än koncept I för säkerhet. Detta tack vare att pumparna i koncept H förflyttas längs med transportbanan samt att pumparna inte lyfts genom eller över montörens arbetsområde. Koncept I har en hiss som rör sig i montörens arbetsområde och riskerar därför att skada montören. Resterande av nämnda urvalskriterier rör ergonomi och hälsa. Koncept H fick en högre poäng än koncept D+E för dessa kriterier då koncept H har mindre manuell hantering samt fler tekniska hjälpmedel. Ett exempel på detta är att koncept D+E har en manuell rotationsanordning och koncept H har en automatisk
Koncept H bedömdes även vara mer fördelaktig tack vare att materialstället flyttas närmare montören, och hamnar då inom montörens arbetsområde. Koncept H möjliggör även planering av omställningen från F1/F2 till F3. Planering kan göras genom att antalet pumpar som skall monteras stämmer överens med antalet skivor som läggs fram på transportbanan.
Med konceptvalsmatrisen och ovanstående som motivering togs koncept H vidare till konceptutvärdering.
6.4 Konceptutvärdering - simulering
Konceptutvärderingen inleddes med framtagningen av CAD-modeller för koncept H.
Programmet som användes i projektet för CAD-modeller och simulering, var Siemens NX 11 [31]. Mindre detaljerade CAD-modeller utformades för att representera monteringsstationens inredning och funktioner. Modellerna sammanfogades och funktionernas frihetsgrader definierades med hjälp av programmets verktyg ”Assembly”.
Koncept H simulerades genom att konceptets tänkta rörelsemönster definierades och sammanställdes, i en serie sekvenser, med hjälp av programmets verktyg ”Assembly sequences”.
I simuleringen uppenbarades två förbättringsmöjligheter som implementerades i konceptet.
Det första var att materialbanorna placerade på bordet för provning kunde kombineras med materialstället. Materialbanorna hamnar tack vare omplaceringen inom montörens arbetsområde. Den andra förbättringsmöjligheten var att en lyftanordning, exempelvis en hiss, kan användas för förflyttning av pump från transportbanan till bordet för provning.
Tack vare lyftanordningen kan höjdjusteringen vara separat för transportbanan och för bordet för provning. Lyftanordningen ersätter även det manuella momentet då pumpen tippas från transportbanan till bordet för provning.
I simuleringen uppenbarades även ett problem då den roterande axeln var placerad mitt i banan. Vid rotation placerades pumpen på ett avstånd som krävde en längre momentdragare samt försvårade placering av momentdragarverktyget i skruvhuvudet. Problemet åtgärdades genom att den roterande axeln förflyttas i horisontalplanet vid rotation. Åtgärden bedömdes inte vara tillräckligt omfattande för att motivera en omprövning av konceptet.
Med förbättringar och åtgärd implementerade benämns konceptet hädanefter, H+.
7 Resultat
I detta kapitel beskrivs det valda och förbättrade konceptet H+. Koncept H+ är det koncept som projektdeltagarna rekommenderar Parker att fortsätta utveckla.
I Figur 7.1 visas en vy över koncept H+ med en flödesbeskrivning för inkommande material samt hur färdigmonterade pumpar förflyttas till bordet för provning.
Figur 7.1 Vy över koncept H+ med flödesbeskrivning
De delvis förmonterade pumparna F1 och F2 transporteras på skivor till skruvstationen via en transportbana. För F3 transporteras tomma skivor till skruvstationen. Detta gör att aktuell montör kan planera omställningen i förväg. Skivorna är kombinerade för transport och montering av samtliga pumpar. I skruvstationen fixeras pump och skiva med ett standardiserat verktyg i form av en klämma. Det standardiserade verktyget är anpassat för samtliga modeller och storlekar. F1 och F2 fixeras då de anländer till skruvstationen. F3 fixeras inför momentdragning först efter att huset är placerat i skruvstationen. Skivorna i kombination med det standardiserade verktyget eliminerar ställtiden.
Efter fixering roteras skruvstationen i vertikalplanet för att möjliggöra momentdragning framifrån. Vid rotation för första momentdragningen förflyttas skruvstationens rotationsaxel i riktning mot montören. För andra momentdragningen förflyttas skruvstationens rotationsaxel i riktning från montören. Förflyttningen underlättar momentdragning genom att den del av pumpen som skall dras med moment, placeras på ett lämpligt avstånd från montören.
Inkommande material vid montering hämtas av montören från en materialbana placerad till höger om montören samt från det kombinerade materialstället placerat framför montören.
Materialbanans och materialställets placering kan ses i Figur 7.1. Konceptets placering av
inkommande material möjliggör att samtliga moment utförs inom montörens arbetsområde med ett minskat antal vridningar.
Färdigmonterad pump frigörs och transporteras från skruvstationen via en transportbana till en lyftanordning. Lyftanordningen förflyttar pumpen över till bordet för provning.
Transportbanor och skruvstation är utrustade med höjdjustering.
Tack vare förbättringarna hamnar samtliga belastningsergonomiska risker enligt Arbetsmiljöverkets bedömningsmodeller på en acceptabel nivå.
I Figur 7.2 visas en 3D-bild från den slutliga simuleringen av koncept H+. För en tydligare koppling till Figur 7.1 har detaljerna i simuleringen färgkodats med liknande färger.
Figur 7.2 Bild från simulering av koncept H+
Modellen av koncept H+ som representerats i Figur 7.2 visar endast ett exempel på hur detaljerna kan komma att se ut i den färdigutvecklade monteringsstationen. Den slutliga utformningen av detaljerna ansvarar Parker för i den fortsatta utvecklingsprocessen.
8 Diskussion
I detta kapitel diskuteras utförda metoder och det vinnande konceptet H+.
Utförda metoder
Det tillvägagångssättet som använts för informationsinsamling och konceptutveckling i projektet är utformat för en produktutvecklingsprocess. Att använda sig av tillvägagångssätten visade sig ge bra resultat även i produktionsutveckling. Detta förmodas vara tack vare grundliga och systematiska metoder vid informationsinsamling, vilket gav en tydlig bild av nuläget och ett bra utgångsläge inför konceptutvecklingsfasen.
En av svårigheterna i projektet var i övergången mellan informationsinsamling och konceptframtagning, att tolka erhållen information till behov och krav. De tolkningarna som görs baseras på projektdeltagarnas erfarenhet. Olika erfarenheter kan därför resultera i olika behov och krav. Felaktiga tolkningar kan leda till att viktiga behov och krav förbises eller att mindre viktiga behov anses viktiga. För att ta del av kunskap från människor med olika erfarenhet och fokusområden har tolkningar i projektet kontrollerats av anställda hos Parker.
När lösningar som uppfyller behov och krav har genererats är det fortfarande svårt att säga om projektets slutliga resultat blir tillfredställande. Trots användning av den erkända metoden brainstorming finns inga garantier för att den bästa lösningen uppmärksammats.
För att öka sannolikheten att finna den bästa lösningen tillsattes en diskussionsgrupp.
Lösningarna som genererades av projektgruppen i kombination med diskussionsgruppen hade resulterat i över 600 miljoner möjliga koncept. Antalet lösningar ansågs därför tillräckligt för att den potentiellt bästa lösningen skulle ha uppmärksammats.
En för projektet tidskrävande aktivitet var sållning av idéer och koncept. Inledande var det ett stort antal idéer som kunde uteslutas då de enligt projektdeltagarna inte gick att realisera.
Då antalet idéer minskade ökade samtidigt svårigheten att bedöma vilka idéer som hade störst potential. Sållningsmomenten gjordes utan stress och med stor noggrannhet för att säkerställa att rätt lösningar togs vidare.
Då idéerna nått ett rimligt antal och kombinerats till koncept uppenbarades ett problem som tros ha orsakats av träddiagrammet. Då idéerna för samtliga koncept genererats på delmålen i träddiagrammet, erhölls en stor likhet mellan koncepten. Detta försvårade arbetet att bedöma vilka koncept som var mest fördelaktiga. På grund av detta ökade vikten att skapa variation vid val av urvalskriterier. Efter noggrant övervägande valdes urvalskriterier som möjliggjorde att konceptens fördelar och nackdelar kunde urskiljas.
Att genomföra en simulering av det valda konceptet var givande för projektet då ytterligare förbättringsmöjligheter identifierades. Svårigheter som eventuellt inte hade uppmärksammats förrän vid integration av konceptet, synliggjordes och kunde rapporteras till Parker.
Koncept H+
Koncept H+ är utformat ur en belastningsergonomisk synpunkt och anses vara en monteringsstation där det råder låg risk för belastningsskador. Enligt Arbetsmiljöverkets
Manuella lyft av färdigmonterad pump var en risk som Parker uppmärksammat redan före projektstart. Att undvika tunga manuella lyft var därför inkluderat i projektets syfte och mål.
Den belastningsergonomiska analys som projektdeltagarna genomförde bekräftade det som Parker uppmärksammat. Lyftets allvarlighetsgrad resulterade i att förflyttning av färdigmonterad pump var det problem där flest lösningar genererades och störst variation mellan koncepten skapades. Med anledning av detta anser projektdeltagarna att det vinnande konceptet har stor potential att lösa problemet.
Repetitivt arbete beror främst på montörens arbetscykel och de arbetsuppgifter som ingår.
Efter analys av arbetscykeln bedömdes monteringsstationen ligga inom grönt område. Då omformning av arbetsuppgifter inte var en del av projektet och resultatet av analysen var positivt, inkluderades inga lösningar för repetitivt arbete i koncepten. Då arbetsuppgifterna för koncept H+ utförs på samma sätt som i nuvarande monteringsstation förväntas även konceptet hamna inom grönt område i bedömningsmodellen för repetitivt arbete.
Tack vare förbättringarna av belastningsergonomin vid implementering av koncept H+ kan Parker, enligt sambandet mellan belastningsergonomi och kvalitet, fortsätta producera pumpar utan att riskera kvalitetsbrister på grund av bristande ergonomi.
Ur miljö- och ekonomisynpunkt anses koncept H+ vara väl utformat. Allt material som krävs för att möjliggöra konceptet förutom rotationsanordning och skivor finns att tillgå hos Parker. Befintlig momentdragare, materialställ och materialbanor kan användas i konceptet efter anpassning. Att i större utsträckning använda material som redan finns hos Parker är fördelaktigt både vad gäller miljöpåverkan och ekonomisk påfrestning. Vilket material som används för att realisera konceptet bestäms dock av Parker. Ytterligare en ekonomiskt fördelaktig aspekt är att den förbättrade ergonomin minskar risken för kvalitetsbristkostnader.
Säkerheten för de anställda i monteringsstationen och i monteringsstationens närhet har beaktats genom hela projektet. Att monteringsstationen utformades för att vara säker har varit ett oskrivet mål och en självklarhet i projektet. Vid varje bedömningsmoment har säkerhet varit den faktor som värderats högst. Projektdeltagarna anser därför att monteringsstationen i koncept H+ är säker för samtliga anställda.
Undersökningen av omställningen visade att ställtiden inte var huvudproblemet utan att det var det extra moment som omställningen innebar som behövde åtgärdas. Det extra momentet eliminerades genom att implementera SMED-metodens rekommendation om tekniska förbättringar i form av ett standardiserat verktyg. Efter fördjupning i SMED-metoden upplevdes det att SMED-SMED-metoden var bättre anpassad för större maskiner med längre ställtid. Inför kommande projekt där omställningen är av liknande karaktär kan SMED-metoden användas men andra metoder för ställtidsreducering bör även undersökas.
Det vinnande konceptet är endast en rekommendation till Parker. Det är Parker som beslutar om hela konceptet, delar av konceptet eller något annat koncept är det koncept som de väljer att vidareutveckla. Oberoende av Parkers beslut, rekommenderar projektdeltagarna att Parker i den fortsatta utvecklingen använder sig av den sammanställda behov- och kravlistan.
9 Slutsats och framtida arbete
Målet med projektet var att ta fram ett koncept på en monteringsstation som är anpassad för F1, F2 och F3 med förflyttning till och från skruvstationen där manuella lyft ej överskrider sju kg. Med koncept H+ anses målet vara uppnått. Montering av F1 och F2 har likvärdiga förutsättningar som i nuläget, men att flödet till skruvstationen är effektivare i och med transportbanan. Montering av F3 har i konceptet anpassats genom att en fixtur inte längre är nödvändig. F3 fixeras istället med ett standardiserat verktyg anpassat för samtliga modeller.
Implementeras konceptet minskas även belastningsergonomiska risker då förflyttning från skruvstationen görs med transportbanor och lyftanordning. Manuella lyft över sju kg kan i och med transportbanan och lyftanordningen elimineras.
Framtida arbete
Det framtida arbetet för Parker handlar om att vidareutveckla och realisera koncept H+.
Det första som bör göras är att ytterligare testa koncept H+ genom att bygga upp en fysisk prototyp. Den fysiska prototypen kan då bekräfta om konceptets funktioner och utformning fungerar som planerat. Eventuella riskområden kan här även identifieras.
Efter genomförandet av den fysiska prototypen fortsätter det utvecklingsarbete som krävs för att realisera konceptet. Exempel på kommande utvecklingsarbeten är:
• Utformning av de kombinerade skivorna för montage och transport.
• Utformning av det standardiserade verktyget för fixering av pumparna i skruvstationen.
• Identifiering av hur skruvstationen kan integreras i transportbanan, på ett sätt som är gynnsamt för montören i arbete.
Avslutningsvis vill projektdeltagarna föreslå en möjlighet att effektivisera flödet i monteringsstationen. Montering av F3 består av fler monteringsmoment i skruvstationen än för F1 och F2 vilket innebär att montering av F3 är ett mer tidskrävande moment. Flödet kan effektiviseras genom att flytta delar av monteringsmomenten för F3 och lägga dem som ett moment före skruvstationen. Detta möjliggörs tack vare utformningen av koncept H+.
Genom att kombinera skivorna för samtliga pumpar och använda ett standardiserat verktyg för fixering, kan F3 anlända delvis monterad till skruvstationen likt F1 och F2. Samtliga pumpar kan då delvis monteras parallellt med användandet av skruvstationen. I händelse av en ökad efterfrågan föreligger en risk att monteringen av F3 kan komma att begränsa flödet för F1 och F2. Med hjälp av den, för Parker, föreslagna effektiviseringen tror projektdeltagarna att denna begränsning kan minskas eller helt undvikas.
Referenser
[1] G. A. Wahlmark, ”Piston”. USA Patent US2956845A, 18 Oktober 1960.
[2] B. Widfeldt och F. Fryklund, Flygmotor - Volvo Aero 1930 -2005, Stockholm:
Trafik-Nostalgiska Förlaget, 2005.
[3] BU P&M General presentation sve FY17, (intärnt dokument): Parker Hannifin Manufacturing Sweden AB, 2017.
[4] ”Pump & Motor Division Europe: Om oss,” Parker Hannifin Corp , 2018 . [Online]. Available:
https://www.parker.com/portal/site/PARKER/menuitem.c17ed99692643c631573 1910237ad1ca/?vgnextoid=49b3000b2875e210VgnVCM10000048021dacRCRD&v gnextfmt=SV. [Använd 7 April 2018].
[5] J. W. Creswell och J. D. Creswell, Research Design: Qualitative, Quantitative and Mixed Methods Approaches, 5 red., Kalifornien : SAGE Publications, 2018.
[6] J. Backmann, Rapporter och uppsatser, Lund: Studentlitteratur AB , 2008 . [7] M. Björklund och U. Paulsson, Seminarieboken: Att skriva, presentera och
opponera, 2 red., Lund: Studentlitteratur AB, 2012.
[8] L. Holmblad, metodik_x_jobb_lp4_vt18, (intärnt dokument): Högskolan Väst, 2017.
[9] M.Höst, B. Regnell och P. Runeson, Att genomföra examensarbeten, Lund:
Studentlitteratur , 2006.
[10] B. Bergman och B. Klefsjö, Kvalitet: från behov till användning, 5 red., Lund:
Studentlitteratur, 2012.
[11] K. T. Ulrich och S. D. Eppinger, Product Design and Development, 5 red., New York: McGraw-Hill Education, 2012.
[12] Arbetsmiljöverket, Abetsmiljöverkets föreskrifter och allmänna råd om belastningsergonomi, Stockholm: Anna Middelman, Elanders Sverige AB, 2012.
[13] M. Brännmark, J. Eklund, M. Håkansson och K. Vogel, ”Belastningsergonomiska studier utifrån ett produktions- och systemperspektiv,” Arbetsmiljöverket,
Stockholm, 2012.
[14] S. Shingo, A Reveloution in Manufacturing: The SMED System, Portland:
Productivity, Inc. , 1985.
[15] P. Almström, Development of Manufacturing Systems - A Methodology Based on Systems Engineering and Design Theory, Göteborg: Chalmers Tekniska Högskola, 2005.
[16] T. Kelley, The Art Of Innovation : Lessons in Creativity From IDEO, America's Leading Design Firm, London: Profile Books, 2016.
[17] C. H. Kepner och B. B. Tregoe, The New Rational Manager: An Updated Edition for a New World, Princeton, New Jersey: BookBaby, 1997.
[18] Nationalencyklopedin AB, ”ergonomi,” [Online]. Available: https://www-ne-se.ezproxy.server.hv.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/ergonomi.
[Använd 23 April 2018].
[19] J. Dul och W. P. Neumann, ”Ergonomics contributions to company strategies,”
[20] O. Erdinç och P. Yeow, ”Proving external validity of ergonomics and quality relationship through review of real-world case studies,” International journal of production research , vol. 49, nr 9, pp. 949-962, 2011.
[21] D. A. Garvin, ”What Does "Product Quality" Really Mean?,” MITSloan Management Review, pp. 25 - 43 , 15 oktober 1984.
[22] B. A. Gonzalez, B. Adenso-Dıaz och P. G. Torre, ”Ergonomic performance and quality relationship: an empirical,” International Journal of Industrial Ergonomics, vol. 31, nr 1, pp. 33-40, 2003.
[23] J. Eklund, ”Development work for quality and ergonomics,” Applied Ergonomics, vol.
31, nr 6, pp. 641-648, 2000.
[24] Parker Lean System Snabb omställning, (internt dokument): AB, Parker Hannifin Manufacturing Sweden, 2018.
[25] B. J. Singh och D. Khanduja, ”SMED: for quick changeovers,” International Journal of Productivity and Performance Management, vol. 59, nr 1, pp. 98-116 , 2010.
[26] R. Pannesi, ”Lead time competitiveness in make-to-order manufacturing firm,”
International Journal of Production Research, vol. 3, nr 6, pp. 150-163, 1995.
[27] AXXOS, ”Reducera ställtider med SMED,” [Online]. Available:
http://axxos.se/smed/ . [Använd 7 Maj 2018].
[28] m. Brito, A. Ramos, P. Carneiro och M. Gonçalves, ”Combining SMED
methodology and ergonomics for reduction of setup in a turning production area,”
Procedia Manufacturing , vol. 13, pp. 1112-1119 , 2017.
[29] K. Nakagawa, M. Koh, K. Sera, T. Ozeki och I. Masahiro, ”Bent axis type axial piston pump or motor”. Japan Patent US4872394A, 10 10 1989.
[30] Parker Hannifin AB, Lastbilshydraulik: Serie GPA, GP1, F1, T1, F2, F3, VP1, Fast och variabelt displacement pumpar, motorer och tillbehör, Spånga: Parker Hannifin Corporation, 2018.
[31] NX 2015 Version: 11.0.2.7 Copyright © Siemens PLM Software Inc. Build 15063 Siemens PLM Software, 5800 Granite Parkway, Suite 600 Plano, TX 75024, USA.
A: Arbetsmiljöverket
B: Lämplig arbetshöjd och arbetsområde
Figur 0.1 Lämplig arbetshöjd. Med tillstånd av Arbetsmiljöverket.
C: Behov- och kravlista
Skruvstationen är säker för behörig personal
• Förflyttning av pump sker säkert
• Montering av pump sker säkert
• Förflyttning av pump sker utan hastiga rörelser
• Varningar för risker
• Indikering när pumpen är fastlåst
• Rotation sker endast om pumpen är fastlåst Ergonomisk utformning
• Pumpen är placerad nära kroppen vid montering
• Skruvstationen har höjdjustering
• Upprätt arbetsställning
• Aktuell monteringsytan riktad mot montören
• Rotation av pump sker med tekniska hjälpmedel
Variation av arbetsrörelser i lämplig höjd inom kroppens arbetsområde
• Material är vid montering placerat i lämplig höjd inom kroppens arbetsområde
• Variation av arbetsrörelser
Skruvstationen är anpassad för montering av pump F1, F2 och F3
• Pump F1 går att montera i skruvstationen
• Pump F2 går att montera i skruvstationen
• Pump F3 går att montera i skruvstationen
• Skruvar dras med moment i skruvstationen Vänder aktuell arbetsyta mot montören
• Pumpen stannar vid ändposition (rotation)
• Rotation av pump sker med förbestämda positioner Pumpen är fixerad i skruvstationen och vid förflyttning
• Rotation sker utan manuell fasthållning av pump
• Pumpen fixeras i skruvstationen
• Pumpen är fixerad vid förflyttning Kort ställtid
• Enkelt kunna byta och montera en annan modell av pump
• Kunna montera olika modeller i blandad ordning